最近发的一篇新论文——“300 kWth 开放式容积式空气接收器 (OVAR) 与小规模布雷顿循环的实验测试，操作经验和教训”论述了在 Plataforma Solar de Almería ( PSA ) 测试现场进行的日晒测试的西班牙 CSP 电厂设计，该电厂采用了以前从未尝试过的新型太阳能吸热器/功率块组合。

太阳能联合循环发电厂布局与空气对空气热交换器 (HEX) 以增加空气压力 IMAGE@CENER

在塔式聚光太阳能发电 ( CSP ) 中，塔周围的镜子通常将太阳光反射并集中到太阳能吸热器上，以加热流体以驱动蒸汽轮机发电。

而在天然气联合循环发电厂 (NGCC) 中，高压热气驱动布雷顿循环中的燃气轮机，然后废热为朗肯蒸汽轮机中的第二个循环提供动力，因此热量被使用两次，增加它的效率。

最近，CSP 研究人员一直在尝试将布雷顿联合循环用于 CSP 中的太阳能热发电块的各种方法，但用高压太阳能加热空气代替化石燃料。

在 PSA 的太阳测试现场，CENER 测试了一种新型开放式容积式空气接收器 (OVAR) 与定制的布雷顿联合循环发电厂配对，这是首次将这两种技术结合起来。

CENER 在 on-sun PSA 测试现场首次结合这两种技术，测试了一种新型开放式容积式空气接收器 (OVAR) 与定制的布雷顿联合循环动力模块。

挑战：将环境空气转化为高压空气

虽然 CSP 设计耦合布雷顿循环使用粒子来传递热量已经尝试过，但 CENER 团队研究了使用空气进行热传递的成本和效率优势。

然而，布雷顿循环需要对这种热空气进行高压加压，而高压空气使太阳能接收器的设计复杂化。因此，团队想在接收器处尝试环境气压，但在布雷顿涡轮机处尝试 9 bar 气压。

“到目前为止，只使用了加压空气接收器。我们提出了一种新方法，通过两个系统之间的再生空气-空气热交换器将太阳能接收器与布雷顿循环分离，”CENER 首席研究工程师 Fritz Zaversky 说。

“将太阳能接收器与布雷顿循环分离的优势在于，在大约 8bar 压力下的涡轮回路意味着接收器可以在环境压力下运行，这使得设置更简单，更具成本效益。它提高了太阳能接收器的效率和可靠性。”

实现从环境气压到高压空气的这种转换；项目合作伙伴；Tekniker 为 PSA 的测试设计并制造了一种新的空气对空气热交换器。

on-sun CAPTURE 试验揭示了一些需要解决的问题；在其再生系统、管道、过滤器和涡轮机的高压循环中出现意外的压力损失，因此无法使用所购置的涡轮机启动设备来测试该概念。

结果，测试无法完成，因为测试平台的时间已经用完了，才能尝试解决方案。Zaversky 博士对挫折感到惊讶，但并不担心。“我们知道如何改进设计。我们只需要将涡轮回路中的压力损失降到最低，并集成适当的启动设备。”

气压问题导致替代解决方案

一个更大的问题是以经济的方式实施太阳能联合循环的根本困难，主要是由于操作温度高。该论文的结论是，与高压燃气轮机相比，与（环境空气压力）OVAR 配对的简单单循环兰金发动机（以蒸汽运行）实际上可能具有更低的平均能源成本。

“这是因为再生式热交换器的某些部件在两种不同气压下的可行性和成本——这在天然气工厂中是不必要的——使得联合循环不是最佳选择，”他说。

用于联合循环发电厂布雷顿循环的 OVAR 日晒测试的热交换器 IMAGE@CENER

但他补充说，如果他们确实想利用开放式容积式空气接收器与高压布雷顿循环相结合，一种选择——而不是热交换器中的气压转换——可能是使用 CAES；来自电网的电力存储在高度压缩的空气中（这将是正常 CSP 热能存储的补充）。

由于 CAES 已经广为人知，并且在可用的地方具有有吸引力的成本，并且还可以存储来自电网的低价值剩余可再生能源以及帮助增加空气压力，因此成本可以通过电网服务的额外收益来摊销。Zaversky 博士建议，这可能是一种使带有 OVAR 的太阳能联合循环在经济上可行的方法。

他估计，这项新试验的成本约为 600 万欧元，与由欧洲 H2020 框架资助的 PSA 的 CAPTURE 项目日光测试成本大致相同。

“作为 CAPTURE 项目的延续，Horizo​n Europe 计划将是最好的资金来源，”他说。“这利用了已经进行的投资，因为我们可以重用和调整现有的原型。”（Susan Kraemer, solarpaces.org）

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